AMKbook.Net Задачи должны иметь решение

Задача №1721

Условие

Найти сумму \(\displaystyle{n}\) первых членов ряда \(\displaystyle{\frac{1}{1\cdot{3}}+\frac{1}{3\cdot{5}}+\ldots+\frac{1}{(2n-1)\cdot(2n+1)}+\ldots}\). Доказать сходимость ряда, пользуясь непосредственно определением сходимости. Найти сумму ряда.

Решение

Общий член ряда: \(\displaystyle{u_n=\frac{1}{(2n-1)\cdot(2n+1)}=\frac{1}{2}\cdot\left(\frac{1}{2n-1}-\frac{1}{2n+1}\right)}\). Частичная сумма ряда:

\[ S_n =\sum\limits_{k=1}^{n}u_k =\frac{1}{2}\cdot\sum\limits_{k=1}^{n}\left(\frac{1}{2k-1}-\frac{1}{2k+1}\right) =\frac{1}{2}\cdot\sum\limits_{k=1}^{n}\frac{1}{2k-1}-\frac{1}{2}\cdot\sum\limits_{k=1}^{n}\frac{1}{2k+1}=\\ =\frac{1}{2}\cdot\sum\limits_{k=1}^{n}\frac{1}{2k-1}-\frac{1}{2}\cdot\sum\limits_{k=2}^{n+1}\frac{1}{2k-1} =\frac{1}{2}\cdot\left(\sum\limits_{k=1}^{n+1}\frac{1}{2k-1}-\frac{1}{2n+1}\right)-\frac{1}{2}\cdot\left(\sum\limits_{k=1}^{n+1}\frac{1}{2k-1}-1\right) =\frac{1}{2}-\frac{1}{4n+2}. \]
\[ \lim_{n\to\infty}S_n =\lim_{n\to\infty}\left(\frac{1}{2}-\frac{1}{4n+2}\right) =\frac{1}{2}. \]

Ряд сходится, его сумма равна \(\displaystyle{\frac{1}{2}}\).

Ответ:

\(\displaystyle{S_n=\frac{1}{2}-\frac{1}{4n+2}}\), \(\displaystyle{S=\frac{1}{2}}\).

Источники задачи

Задачник №1Берман "Сборник задач по курсу математического анализа"
Глава №9Ряды
Параграф №1Числовые ряды
Задача №2728